книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов

Магнитный поток Ф генератора смешанного возбуж­ дения (рис. 3-14,а) возбуждается расположенными на главных полюсах двумя обмотками: обмоткой незави­ симого возбуждения ОНГ и обмоткой последовательно­

Рис. 3-14. Схемы возбуждения генератора постоянного тока.

различными. Поэтому Одни обмотки будут намагничи­ вать генератор, а другие (с противоположной полярно­ стью) будут создавать потоки другого направления, встречные -предыдущим, размагничивающие. Результи­ рующий поток (м. д. с) и определяет в конечном итоге э. д. с. Ег на выводах генератора. В большинстве слу­ чаев в экскаваторном приводе обмотки независимого и последовательного возбуждения включают встречно (та­ кая последовательная обмотка называется п р о т и в о - к о м п а у н д н о й ) .

Противокомпаундная последовательная обмотка ПКО применяется только для компенсированных машин; она позволяет избегать самовозбуждения, которое может возникать при неправильной установке щеток в ней­ тральное положение из-за намагничивающего действия потока Ф<г. Кроме того, обмотка ПКО служит для гаше­ ния остаточного магнитного потока и несколько смягча­ ет статическую экскаваторную характеристику генерато­ ра. В номинальном режиме м.. д. с. обмотки ПКО не­ большая (2,5—5% номинальной м„ д. с. возбуждения).

Цепь обмотки параллельного возбуждения ОШГ ге­ нератора (см. рис. 3-1) включают параллельно обмотке якоря. Обмотку возбуждения рассчитывают в этом слу­ чае на то же напряжение, что и якорь генератора, а на­ правление Тока в ней совпадает с током в независимой

91

обмотке. Такое смешанное возбуждение экскаваторных генераторов используется для уменьшения мощности не­ зависимого возбуждения генераторов за счет его само­ возбуждения. Например, двухобмоточный генератор, применяемый на экскаваторах типа ЭКГ-4,6 (см. рис. 3-1), имеет параллельную обмотку, м. д. с. которой составляет около 30% суммарной м. д. с. возбуждения

Рис. 3-15. Характеристики х. х. генератора со смешанным возбуж­ дением.

генератора. Этим достигается некоторое снижение мощ­ ности магнитного усилителя, питающего обмотку незави: симого возбуждения.

Для выяснения роли параллельной обмотки в про­ цессах возбуждения и самовозбуждения обратимся к генератору параллельного возбуждения (рис. 3-14,6), который на экскаваторах используется в качестве вспо­ могательных генераторов-возбудителей.

Генератор параллельного возбуждения имеет харак­ теристику холостого хода £ = /( /ш), подобную характе-

92

ристике генератора независимого возбуждения (см. рис. 3-13).

Зависимость тока / ш, проходящего по цепи обмотки возбуждения ОШГ (рис. 3-14,6) с сопротивлением, рав­ ным гШ|Ц= г ш + Гд [гщ— сопротивление параллельной (шунтовой) обмотки; гд— сопротивление добавочного ре­ зистора], от приложенного к этой цепи напряжения U(Er) называют вольт-амперной характеристикой, на­ пример Ос (рис. 3-15,а). Эта зависимость представляет собой прямую линию, так как ток Im(Fm) в параллель­ ной -обмотке пропорционален э. д. с. Ег. Наклон вольтамперной характеристики, определяемый углом a(tga= =ЕГ/1Ш), может изменяться путем регулирования сопро­ тивления резистора гд. На рис. 3-15,а показаны типич­ ные случаи расположения характеристик Fm=f(E r) по отношению к характеристике холостого хода Er=f(F r) в зависимости от различных значений гш,ц. Первая из них Оа находится вне кривой намагничивания, вторая Ов касается кривой намагничивания и совпадает с ее пря­ молинейной частью; третья Ос пересекает магнитную ха­ рактеристику генератора в точке d. Положение второй прямой* Ов, являющееся , граничным, соответствует так называемому к р и т и ч е с к о м у с о п р о т и в л е н и ю /?1ф=гШ(1ф, отсюда для первой прямой Оа гш,ц>ЯКр, а для третьей Ос гш,ц<^кр.

Для характеристики Оа самовозбуждение генератора от обмотки ОШГ исключено, во втором и третьем слу­ чаях самовозбуждение будет иметь место.

Процесс самовозбуждения можно пояснить следую­ щим образом. Магнитным потоком остаточного намаг­ ничивания Фост в обмотке якоря индуктируется э. д. с. £ост.г, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток /ш.о, создающий магнитный поток O i> >Фост. Потоком Ф1>Ф0ст в обмотке якоря индуктиру­ ется э. д. с. £ 1>£ост,г, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток / ш,1>/ш,о, вызывающий маг­ нитный поток Фг>Фь и т. д.

Чтобы решить вопрос о том, до каких установившихся значе­ ний э. д. с. Е и тока / щ возбудится генератор, составим, используя второй закон Кирхгофа, уравнение для электромагнитного переход­ ного процесса самовозбуждения:

93

б у жд е н и я {гш,ц>Як1>); для этого выбирают гд в 6—7 раз больше гш. На рис. 3-15,6 показано, что у этого ге­ нератора для получения э. д. с., равной £ г,1» при наличии только независимого возбуждения необходима была бы м. д. с., равная F'нез; при смешанном возбуждении с па­ раллельной обмоткой для достижения той же э. д. с. £r,i достаточно меньшее значение м. д.’ с. независимой об­ мотки возбуждения, равное /*‘Не з ,ь благодаря подмагни-

\чивающему действию шунтовой обмотки (см. м. д. с. Fm). Для определения м. д. с. FBe3,i необходимо парал­ лельно прямой Оа (рис. 3-15,6), представляющей зави­ симость /ш=/(£г)> через точку а кривой намагничивания генератора 1 провести прямую 0'а'. Тогда отрезок 00' на оси абсцисс и-представит собой м. д. с. ^ 3,1.

Результирующая м. д. с.* равна Fг—Fнез,1 + Fш —Г /нез> отсюда / ,Нез.1<^,/нез, а следовательно, меньше и потреб­ ляемая независимой обмоткой мощность.

Кривая 1 [Et=f(Fv)] представляет собой зависи­ мость' э. д. с. двухобмоточного генератора от результи­ рующей м”. д. с. Поскольку управление э. д. с. Ег такого генератора достигается изменением только м. д. с. неза­ висимой обмотки возбуждения (путем изменения тока в ней), то определенный интерес представляет графиче­ ская зависимость э. д. с. двухобмоточного генератора Ет от м. д. с. только независимой обмотки, т. е. Ev==f(Fne3).

94

Определение формы этой кривой 2 очевидно из рис. 3-15,6. Прямая Оа соответствует при значении Fm3= =0, параллельная ей прямая 0'а' — при Fne3= F He3,it пря­

•точки d, f ... провести прямые параллельно оси абсцисс,

а из точек 0', 0", 0"' ... восстановить перпендикуляры, то точки их пересечений d', /' ... являются точками иско­ мой характеристики Er=f(Fma). Действительно, м. д. с. независимой обмотки, например Fr1ез>, создает э. д. с. Е"г (точка d"), а параллельная обмотка ее увеличивает до значения £ r,i (точка d').

На рис. 3-15,б представлены зависимости, характери­

зависимость Er=f(Fr), как и кривая 1 на рис. 3-15,6- При м. д. с. ЕНез=0 генератор самовозбуждается до зна­ чения Ег$. Для увеличения э. д. с. генератора выше зна­

чения Ет>о необходимо подмагнитить генератор с по­ мощью независимой 6бмотки,^т. е. увеличить ее ток (м. д. с.), допустим, до значения Еиез,з>Чтобы уменьшить э. д. с. генератора, например, до Ёг>2, необходимо гене­ ратор той же обмоткой размагничивать, т. е. изменить полярность тока (м. д. с.) в независимой обмотке (см. Fнез.г)•

Таким образом, в режиме самовозбуждения (/ш,ц< <Якр) для управления э. д. с. генератора возникает не­ обходимость изменения м. д. с. независимой обмотки как по величине, так .и по направлению в отличие от преды­ дущего рассмотренного режима (гш,ч>ЯкР), где изме­ няется м. д. с. независимой обмотки только по значению (рис. 3-15,6).

На рис. 3-15,г показаны для сравнения характери­ стики Er—f (Fneз) Для различных значений сопротивле­ ний гш; кривая 2 при гш,ц>Ещ> (аналогична кривой 2 рис. 3-15,6), а кривая 5 — при гш,ц<#кр. Особого внима­ ния заслуживает кривая 4 (режим критического само­ возбуждения) /*ur,n=^Kp. Значению Fmз=0 при этом со­ ответствует любое значение э. д. с. генератора в преде­ лах линейной части его кривой немагничивания. Поэтому характеристика 4 имеет своеобразный вид; ее линейная часть совпадает с осью ординат.

95

Генераторы с критическим самовозбуждением приме­ няются на экскаваторах типов ЭШ-5/45М, ЭШ-10/70А.

Критическое самовозбуждение генератора не только значи­ тельно снижает мощности магнитных усилителей, необходимых для возбуждения генераторов, но и способствует тому, что процесс на­ растания э. д. с. приближается к линейному закону вместо экспо­ ненциального, имеющего место при слабом, самовозбуждении и независимом возбуждении (см. § 4-3). Линейный характер переход­ ных процессов в свою очередь обеспечивает равномерно-ускоренный разгон .привода экскаватора, особенно важного для экскаваторовдраглайнов, как это отмечалось в § 1-6.

Внешняя и нагрузочная характеристика. Напряже­ ние генератора всегда меньше его э. д. с. Ег на падение напряжения в обмотке якоря;

грузки) возрастает падение напряжения в обмотке яко­ ря и уменьшается напряжение на выводах генератора. Оно также уменьшается и от реакции якоря, ослабляю­ щего главный магнитный поток, что приводит к некото­ рому уменьшению э. д. с. при нагрузке по сравнению с э. д. с. при х. х. генератора. Графическая зависимость напряжения Ur от тока / я, т. е. Ut=f(Ia), при -постоям-. нЫх частоте вращения и сопротивлении обмотки возбуж­ дения (в генераторах независимого возбуждения при неизменном токе возбуждения) называется внешней ха­ рактеристикой.

Из (3-4) следует, что напряжение генератора' при возрастании нагрузки уменьшается.. Однако если при этом увеличить ток возбуждения, то напряжение его можно поддержат^ неизменным. Графическая зависи­ мость изменения тока возбуждения генератора при из­ менении тока нагрузки для поддержания напряжения генератора постоянным при неизменной частоте враще­ ния называется регулировочной характеристикой. Если изобразить зависимость напряжения генератора от тока возбуждения при неизменной нагрузке, т. е. Ur= f(I в) при /H=const, то такая характеристика называется на­ грузочной.

Форма всех характеристик зависит от способа воз­ буждения, так, например, на рис. 3-15,г в виде штрихо­ вых линий показаны нагрузочные характеристики гене­ ратора с критическим самовозбуждением.

96

3-6. КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРА

Генераторы постоянного тока состоят из следующих основных частей: станины с четырьмя (или шестью) главными и четырьмя (или шестью) дополнительными полюсами (каждый со своими катушками); якоря, сер­ дечник которого набран из штампованных листов элек-

-тротехиической стали толщиной 0,5 мм, покрытых с обе­ их сторон изоляционным лаком; коллектора, состоящего

Рис. 3-16. Развернутые схемы обмоток.

ванных друг от друга миканитовыми прокладками; щеткодержателей, укрепленных на четырех бракетах, привинченных к траверсе, сидящих на специальной за­ точке ступицы подшипникового щита.

На экскаваторах генераторы постоянного тока в от­ личие от кольцевого, якоря, показанного на рис. 3*9, .име­ ют барабанный якорь с продольными пазами, куда укладываются проводники якорной обмотки, удержи­ ваемые от выпадания продольными гетинаксовыми клиньями; проводники, в лобовых частях закрепляются проволочными бандажами. На рис. 3-16 приведены раз­ вернутые схемы обмоток барабанного якоря (поверхно­ сти якоря и коллектора* как бы разрезаны по образую­ щим цилиндра и развернуты; под проводниками показа­

на машинах постоянного тока средней мощности; на крупных электрических машинах используется третий

многополюсные. Так, генератор типа ПЭМ экскаватора ЭКГ-4,6 (рис. 3-17) .четырехполюсный; имеет четыре главных и дополнительных полюса и четыре щетки. Один такой генератор с двумя парами щеток можно считать как бы состоящим из двух генераторов, подоб­ ных генераторам на рис. 3-9, которые могут работать либо параллельно, если соединены их однополярные щетки (плюс с плюсом, минус с минусом и к ним под­ ключена общая нагрузка, рис. 3-17)., либонезависимо (раздельно), если к каждой паре щеток каждого гене­ ратора будет подключена своя внешняя нагрузка.

полюсов между собой и обмоткой якоря (при правиль­ ном чередовании за положительным главным полюсом должен быть расположен по направлению вращения отрицательный дополнительный полюс). Если чередова­ ние будет нарушено, щетки недопустимо искрят.

На главных полюсах генератора размещается обмот­ ка независимого возбуждения, которая при питании от магнитных усилителей (см. § 3-11) выполняется в виде двух полуобмоток Н1— # 2 и #з— # 4 (рис. 3-17). На этих

98

же полюсах размещается параллельная обмотка воз­ буждения, один конец которой Ш\ подключается внутри машины непосредственно к якорю, а другой Ш2 выво­ дится на доску зажимов.

На литых дополнительных полюсах генераторов экс­ каваторов Э-2503 и ЭКГ-4,6 (рис. 3-17), кроме основной обмотки дополнительных полюсов ДП, размещена спе­ циальная стабилизирующая обмотка, концы которой СТ\ и СТ2 выведены на доску зажимов. К ним подклю­ чают обмотку гибкой отрицательной обратной связи по току нагрузки блока СМУ (см. § 5-2).

У большинства генераторов типов ПЭ, МПЭ, ПЭМ и др. один конец Д2 обмотки ДП выводится на доску зажимов, другой присоединяется внутри машины непо­ средственно к щеткам. От этой точки присоединения сделан отвод 01 на доску зажимов для подключения це­ пей управления.

Все генераторы открытого исполнения, имеют разъ­ емные станины для удобства снятия якорей при ре­ монте.

Краткая техническая характеристика генераторов главных механизмов одноковшовых электрических экс­ каваторов приведена в приложении 2.

3-7. ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Принцип работы и конструкция. Для главных приводов экска­ ваторов применяются электродвигатели специального исполнения типов ДПВ и ДПЭ, отличающиеся повышенной перегрузочной спо­ собностью, механической прочностью, с независимой вентиляцией. Все двигатели главных механизмов имеют дополнительные полюсы

При этом вокруг каждого проводника обмотки образуется магнит­ ное поле (аналогичное рис. 3-12,а), взаимодействующее с основным магнитным полем обмотки возбуждения Ф0Вд (рис. 3-1). На­

правление силы взаимодействия определяется правилом левой руки, и зависит оно от направления основного ноля и тока в проводнике.

частотою вращения якоря, а направление э. д. с. двигателя опре­ деляется по правилу правой руки. Электродвижущая сила двига­ теля согласно закону Ленца направлена против напряжения генера­

тора Ur в системе Г — Д (или питающей сети Uc), и она как бы уменьшает приложенное напряжение, почему она иногда называется

(пли Uс) и противо-э. д. с. £ д В.

Реакция якоря, коммутация, действие и назначение обмоток дополнительных полюсов аналогичны рассмотренным в генераторе с,той только разницей, что. при работе двигателя физическая ней­ траль смещается в направлении, противоположном направлению вращения якоря.

Рис. 3-18. Схема внутреннего соединения обмотки двигателя типа ДПЭ-72.

А, а и Е, е — начала и концы обмоток; N, п, Sf s — полярности основных н дополнительных полюсов при указанном направлении тока.

/

Конструктивно каждый двигатель выполнен из тех же состав­ ных частей, что и генераторы: стального корпуса с подшипниковы­ ми щитами, главных и добавочных полюсов с катушками, якоря с коллектором, щеткодержателей со щетками, закрепленными на поворотной траверсе, которая позволяет при наладке двигателя устанавливать щетки на нейтрали. На всех крупных экскаваторах используются компенсированные двигатели.’

Вбольшинстве электродвигателей, например ДПЭ, ДПВ, МПЭ

идр., катушки всех дополнительных полюсов соединяются после­ довательно и включаются с одной стороны якоря (рис. 3-18). От

этой точки соединения Д { делается отвод 01 на доску зажимов, к которому подключаются цепи управления. К выводам Ш\ и Ш2 (или ША) подключается независимая обмотка возбуждения дви­ гателя, на которую подается напряжение от возбудителя (ГСН на рис. 3-1). На выводы Я\} Д2 двигателя подается напряжение от управляемого генератора постоянного тока.

100